无铅波焊中吹孔成因研究及改善
焊接气孔产生的原因及措施

焊接气孔产生的原因及措施焊接气孔的产生,真是让不少小伙伴感到头疼的问题。
咱们都知道,焊接是个高大上的技术活儿,但这其中的气孔,就像隐形的敌人,总是趁机捣乱。
咱们得明白,这气孔可不是无缘无故就跑出来的。
一般来说,焊接过程中,熔融金属的表面不够光滑,或者是气体在焊接的时候没有及时排出,就容易形成气孔。
嘿,想象一下,像在海滩上挖沙子,沙子不小心被水浸泡了,结果就变得一团糟,不成形了。
这种情形就是气孔的前奏,真让人哭笑不得。
再说说焊接材料,选择不当也会导致气孔的出现。
有些小伙伴图省钱,选了那些质量差的焊条或者焊丝,结果就是一场悲剧。
这就好比买了一辆二手车,外表光鲜亮丽,结果开起来哐当作响,气孔就在这个时候悄悄溜出来了。
所以说,投资点小钱在焊接材料上,绝对是划算的长久之计,毕竟省下的钱可不是用来买修理费的。
焊接环境也是一大因素。
你想啊,焊接的时候周围如果灰尘满天飞,或者风呼呼的刮,那可是给气孔提供了大好的机会。
就像是在厨房做饭,外面突然来了一阵风,把你刚做好的菜吹得七零八落,真是让人无奈。
所以,保持焊接环境的干净整洁,绝对是必须的,不然气孔就像不请自来的客人,给你带来一堆麻烦。
温度的控制也是关键,过高或者过低的温度,都容易引发气孔。
高温让气体更容易产生,低温则让金属冷却不均匀,这两者可都是气孔的“好朋友”。
可以说,焊接的温度就像是烹饪的火候,掌握不好,结果就是一团糟。
这时候,熟悉的感觉就来了,焊接前一定要做好充分的准备,调整好参数,确保万无一失。
再说到操作手法,不少焊工小伙伴在焊接时手忙脚乱,结果就是气孔一波接一波。
焊接的时候,手稳一点、速度慢一点,就能大大减少气孔的产生。
这就像画画,慢工出细活,不急于求成,才能画出美丽的图画。
再加上多加练习,熟能生巧,等到水平提升了,气孔自然就会减少。
万一出现气孔,也别慌,解决办法还是有的。
最直接的方法,就是对焊缝进行打磨和清理,把气孔处的金属去掉,重新焊接。
虽然听起来麻烦,但这就是焊接的一部分嘛。
焊接气孔产生的原因及解决方法

焊接气孔产生的原因及解决方法
焊接气孔是在焊接过程中形成的孔洞,它会降低焊缝的强度和密封性,从而影响焊接质量。
产生焊接气孔的原因可以归结为以下几点:
1. 气体溶解度不足: 焊接中使用的焊丝和焊剂中可能含有气体,如果气体的溶解度不足,就会在焊缝中形成气孔。
这通常是由于焊材的品质不好或者焊接过程中气体没有完全排出所致。
2. 杂质和污染物: 焊接过程中,如果焊接材料或焊缝中存在杂质或污染物,它们会在焊接过程中挥发出气体,导致气孔的产生。
3. 焊接速度过快: 当焊接速度过快时,焊接区域温度不够高,焊丝无法完全熔化,造成气体无法逸出,从而形成气孔。
为了解决焊接气孔产生的问题,可以采取以下措施:
1. 确保材料和焊剂的质量: 选择质量良好的焊丝和焊剂,以减少气体含量,避免气孔的产生。
2. 做好预处理: 在焊接前,对焊接材料进行清洁和除污处理,确保焊缝没有杂质和污染物,以减少气体的挥发。
3. 控制焊接速度: 确保焊接速度适中,使焊接区域的温度能够达到熔化焊丝的温度,避免气体无法逸出。
4. 确保焊接环境: 在焊接过程中,保持焊接环境的干燥和无风状态,以减少气体的挥发和吸入。
5. 使用合适的焊接技术: 选择适当的焊接技术,如氩弧焊等,可以减少气孔的产生。
总之,焊接气孔的产生是由于气体溶解度不足、杂质和污染物以及焊接速度过快等原因所致。
要解决焊接气孔问题,需要从材料和焊接环境的质量控制、预处理、控制焊接速度以及选择合适的焊接技术等方面着手。
无铅波焊中吹孔成因研究及改善

无铅波焊中吹孔成因研究及改善(一)| 来源:PCB网城| 2010年08月20日| [字体:小大] | 点击推荐给好友关键词:摘要:吹孔(又称爆孔,blow hole)传统上是指完工的PTH 铜壁上,可能有破洞(Void )存在。
当PCB 板在下游进行焊锡时,可能会造成破洞中的基材的湿气在高温中迅速膨胀而产生一定气压,往外将孔中灌入的熔锡吹出。
冷却后孔中之锡柱会出现空洞。
这种会吹气的劣质PTH ,特称为"吹孔"。
无铅波焊中出现的吹孔除与钻孔、PTH 等制程有关外,还与板材、波焊之参数和助焊剂、元件插脚等有较大关联。
本文主要从吹孔不良实例入手分析无铅波峰焊中吹孔成因及研究其改善方案。
关键词:吹孔、无铅波焊一、前言电子产品无铅焊接在全球全面展开以来,诸多焊接问题接踵而至。
有关无铅焊接的各种允收规格,以IPC-A-610“ 电路板组装品质允收度”为最具权威性的国际规范,2005 年2 月全新的610 的D 版将焊接各种允收规格安排在第5 章,其中镀通孔(PTH )插脚波焊焊后发生吹孔(Blow Hole),或SMT 贴焊点呈现见底的针孔(Pinhole)或外表之凹陷者,只要焊点尚能符合其他品质要求,则Class1 可允收。
但Class2 与3 却须视之为“ 制程,警讯”(ProcessIndicator )。
(见D 版5.2.2 )从品管与改善之原则看来,发生制程警讯时,客户方面必须见到改善方案与执行决心后,才能对现品考虑允收,是故“制程警讯”反而成了更为严肃的整体性问题。
吹孔(blow hole )传统上是指完工的PTH 铜壁上,可能有破洞(Void )存在。
当PCB 板在下游进行焊锡时,可能会造成破洞中的基材的湿气在高温中迅速膨胀而产生一定气压,往外将孔中灌入的熔锡吹出。
冷却后孔中之锡柱会出现空洞。
这种会吹气的劣质PTH ,特称为"吹孔"。
无铅波焊中出现的吹孔除与钻孔、PTH 等制程有关外,还与板材、波焊之参数和助焊剂、元件插脚等有较大关联。
焊缝气孔产生原因及改善措施

焊丝上附着锈、水分等。
1)往往是某段焊丝有锈,可去掉锈丝段, 再使用。水分要拭去,干燥后再用。
焊接 缺陷 及防 止措 施
受风的影响 喷嘴被飞溅堵塞 喷嘴与母材间距离太大
焊接参数不当
保护气量。 1)清除飞溅 2)在喷嘴内涂敷防飞溅剂 1)保证喷嘴与母材间距≯25mm 1)增加焊接电流 2)降低焊接速度 1)气压不足0.1MPa时,更换气源 2)为适应有风的场合加大流量 3)检查预热器工作是否正常 4)检查气管及接头漏气处
H2气孔(为孤立圆形):工件表面含有水,油,锈.
N气孔(为蜂窝状):主要原因是气体保护效果不 好,保护气层遭到破坏,大量空气侵入焊接区所致。 气路漏气,喷嘴堵塞严重;喷嘴松动,焊枪角度太 大;干伸长度大;规范不对,焊接部位有风。
焊接中常见的气孔缺陷及预防措施
起因
母材污染(附着油、漆、涂料 等)
防止措施
喷嘴被飞溅堵塞1清除飞溅2在喷嘴内涂敷防飞溅剂喷嘴与母材间距离太大1保证喷嘴与母材间距25mm焊接参数不当1增加焊接电流2降低焊接速度保护气体流量太小1气压不足01mpa时更换气源2为适应有风的场合加大流量3检查预热器工作是否正常4检查气管及接头漏气处焊接中常见的气孔缺陷及预防措施此课件下载可自行编辑修改此课件供参考
焊缝气孔产生原因及改善措施
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气孔危害
气孔是指焊接时,熔池中的气体未在金属凝固前 逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。气体是熔 池从外界吸收的,或焊接冶金过程中反应生成的。 气孔可分为氢气孔、氮气孔、二氧化碳气孔、一 氧化碳气孔、氧气孔,熔焊中常见的气孔是氢气 孔、一氧化碳气孔。气孔减少了焊缝的有效截面 积、使焊缝疏松,从而降低了接头的强度,降低 塑性,还会引起泄漏,气孔也是引起应力集中的 因素,氢气孔还可能促成冷裂纹。
焊缝气孔产生原因及改善措施

气孔分布
评估气孔在焊缝中的分布情况,判断是否均匀分布或聚集在某一区域。
焊缝气孔的检测设备与仪器
放大镜
用于目视检测焊缝表面气孔 。
无损检测仪器
如射线检测仪、超声检测仪 、磁粉检测仪等,用于检测 焊缝内部气孔。
显微镜
用于观察和分析焊缝微观结 构,进一步确定气孔的性质 和成因。
案例三:某航空企业的焊缝气孔控制措施
总结词
航空企业采取一系列控制措施,确保焊 缝气孔得到有效控制。
VS
详细描述
由于航空产品的特殊性,该企业对焊缝气 孔问题高度重视。为确保产品质量和安全 性,企业采取了一系列控制措施,包括加 强原材料管理、优化焊接工艺、加强焊接 操作培训、建立完善的检测和质量控制体 系等。这些措施的实施,有效减少了焊缝 气孔的产生,提高了产品的可靠性和安全 性。
表面气孔
内部气孔
密集气孔
焊缝气孔的形成机理
气体来源
焊接过程中,熔融金属中的气体未完全逸出,在 冷却过程中形成气孔。
Hale Waihona Puke 气体吸附母材表面或焊丝表面的油污、锈迹等杂质在焊接 过程中分解产生气体。
气体过饱和
焊接参数不当导致熔池温度过低,气体在熔池中 过饱和,难以逸出。
焊缝气孔的影响因素
焊接材料
焊接材料的化学成分、杂质含量等对气孔的形成有较 大影响。
04
实际案例分析
案例一:某大型钢结构企业的焊缝气孔问题
总结词
大型钢结构企业面临焊缝气孔问题,需分析原因并采取改善措施。
详细描述
该企业生产过程中,焊缝气孔问题较为突出,导致产品质量下降。通过分析,发现主要原因是焊接过程中保护气 体流量不足、焊接速度过快、焊接操作不规范等。为解决这一问题,企业采取了优化焊接工艺、加强焊接操作培 训、定期检查保护气体流量等措施,有效减少了焊缝气孔的产生。
无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施

无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施摘要:无铅化电子组装中,由于原材料的变化带来一系列工艺的变化,随之产生许多新的焊接缺陷。
针对表面裂纹、表面发暗及二次回流等缺陷进行了机理分析,并给出了相应的解决措施。
关键词:无铅;焊点;表面裂纹;表面发暗;二次回流无铅化制程导入过程中,钎料、PCB焊盘镀层及元件镀层的无铅化工艺逐步得到广泛应用,随之产生的各种焊接缺陷,比如表面裂纹、表面发暗及二次回流问题等困扰着实际生产的顺利进行。
本文主要针对以上提到的几种主要缺陷进行原因分析并给出相应解决措施。
1 表面裂纹(龟裂)由于PCB基板材料及PCB上铜箔导线、铜过孔壁及元件引脚之间的热膨胀系数存在差异,焊接过程中PCB在Z轴方向出现的热膨胀远大于铜过孔臂的热膨胀,从而引起焊点和焊盘变形,如图1所示。
即使PCB通过了波峰,但大量密集焊点固化热量传导至板材而使PCB继续处于热膨胀状态。
一旦固化热能辐射结束,焊点就开始缓慢下降至环境温度,PCB开始冷却恢复平板状,这就在焊点表面产生很大的应力,引起焊盘起翘或焊点剥离(有Pb、Bi污染时)或表面裂纹,如图2所示。
表面裂纹是无铅波峰焊工艺中通孔焊点上出现的新缺陷,如图3所示。
在接触波峰面焊点表面出现一肉眼可观察到的裂纹。
IPC-610-D指出:只要裂纹底部可见,且没有深入内部接触引线和焊盘影响电气及力学性能就判定为合格,但实际生产中应尽量避免表面裂纹的产生。
1. 1 产生机理PCB离开波峰焊点开始固化期间,焊点开始从PCB顶部至底部逐渐固化,由表1可以看出引脚和焊盘比热容小、热导率大,冷却时近元件引脚的焊点顶部和焊盘边缘也最容易冷却先固化,其次是与低温空气接触的焊点表面同时形成一层表皮。
在后续固化过程中,由于焊点内部热量要释放,其热量会流向引脚,导致大块钎料凝固过程期间元件引脚继续膨胀而PCB在Z向持续收缩。
在这种情况下,再加上无铅钎料本身具有4%的体积收缩率和非共晶特性在近表面内部存在一定固液区,导致早先凝固表面强度降低。
浅析焊缝气孔缺陷的主要成因及防治措施
浅析焊缝气孔缺陷的主要成因及防治措施焊接制造技术具有比较强的理论性、综合性和实践性。
本文在简要分析焊缝气孔的类型以及缺陷主要成因的基础上,着重论述了焊缝气孔缺陷的主要防治措施。
标签:气孔类型;缺陷;成因;防治措施焊接制造实际上是一门实践性、理论性和综合性都比较强的技术,而在焊接过程中出现的缺陷会对整个焊接质量造成很大的影响,严重时甚至会致使焊接件直接报废。
因此,要正确分析好造成缺陷的主要原因,并根据这些原因采取有效的防治措施。
目前在金属的焊接过程中最常出现的就是焊缝气孔这一缺陷,而这一缺陷主要是由两种情况造成的:一是在熔池内产生的一氧化碳和和水等冶金反应产物;二是氢气和氮气等来自外部的溶解度非常有限的气体。
气泡主要是由于焊接的熔池里面吸收的气体出现饱和而形成,而这些气泡因为在焊接过程中不能及时地排出去而残留在焊缝里面,最终形成了气孔缺陷。
1 焊缝气孔的类型焊缝气孔会根据不同的特征分为不同的类型。
例如,根据气孔的分布区域可以把它们分为匀布状气孔和孤立气孔;再比如,根据气孔的形态的不同又可以把它们分为条形气孔和球形气孔。
而本文在此主要是根据它的气体类型的联系进行区分的,具体可分为应用型气孔和反应型气孔。
2 焊缝气孔的形成原因气孔的形成主要是由于气体的存在造成的,这两者具有了必然的联系。
而气孔实际上就是气泡在金属凝固的时候不能及时排除而残留在金属中造成的。
而形成气泡的过程主要包括两个方面,即形核和稳定成长。
而在这两个过程中,焊缝最终是否会形成气孔,主要是由金属凝固速度和气孔的逸出速度两者间的对比关系所决定的,并且当气泡逸出的速度小于金属的凝固速度时,焊缝就会比较容易产生气孔。
而影响这两者的速度比例的具体又可以分为以下这些因素。
2.1 影响气泡浮出速度的因素2.1.1 气泡的尺寸气泡尺寸的大小会影响气泡的浮出速度进而影响到焊缝气孔的产生。
气泡的半径越大,则气体浮出的速度就会变快。
也就是说,当原始的气体数量很多却可以让气泡的半径不断增大直至完全逸出的时候,产生气泡的可能性相对会比较小,而当原始气体的数量很少无法增大气泡的半径时,那么产生气孔的可能性反而比较大。
焊锡吹孔分析改善报告
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瑞豪电子有限公司品質專案改善報告
四、原因分析
4.3.真因验证:
取退货板单PCS插架烧烤150度*2小时,然后做上锡测试,锡炉温度265度(如 图1),浸锡1次,结果上锡良好(如图2);可以判定此不良属产品本身受潮导 致
图1
图2
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五、失效原因分析
5.1.经与板材厂商沟通了解,板材在加工及储存时均会存在吸潮的现象,在常规 干燥的环境中发生的机率偏小,而在相对潮湿的环境中发生的机率偏大(贵司反 馈1至7月份均有此现象,6月份比例偏高,而6月份空气相对偏潮,表现的不良状 况与材质物性相符),对于通孔焊接要求较高的产品应在PCB真空包装前加烤去 除潮气解决。
5.2.根据IPC-A-610 2级标准,通孔上锡75%可以允收,空洞小于30度可以允收, 而贵司要求为饱满不允许有空洞,相对较严,常规工艺生产的PCB会存在吹孔的 隐患难以满足,需要改进。
5.3.类似不良在我司初次发生,处理方法不当,贵司第一次反馈时,我司是将板 子全部叠在一起烧烤,产品潮气排放不充分,造成贵司再次投诉。
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谢
谢!!!
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六、改善对策
6.1.针对贵司所有产品,FQC检验入库前增加烘烤150度*2小时流程,真空包装加 放干燥剂,并将此要求账贴现场(如附件一),以便员工及时获取。 6.1.1.要求工序科长利用早+晚班班前会议宣导培训,以便员工及时掌握执行。
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2BXMTB100BZ01 焊锡吹孔分析改善报告
焊缝气孔产生原因及改善措施
过高的焊接速度会使得熔池在凝固前无法充分排除气体,从而增加气孔的形成 概率。
操作环境原因
环境湿度高:当焊接环境湿度较高时,空气中的水分容易在焊接过程中与熔池中的 金属元素发生反应,生成气体导致气孔。
风速过大:过快的风速会干扰保护气体的流动,使得熔池受到氧化,增加气孔的形 成风险。
为了改善焊缝气孔的产生,可以采取以下措施
建立质量监控体 系
建立完善的焊接质量 监控体系,对焊接过 程进行全面监控和记 录,及时发现并解决 问题。同时,定期对 焊接质量进行检查和 评估,确保产品质量 稳定可靠。
THANKS
感谢观看010203降低焊缝强度
气孔的存在会削弱焊缝的 截面积,从而降低焊缝的 强度。
引发裂纹
气孔可能成为裂纹的起源 ,并在应力作用下扩展, 最终导致焊缝的失效。
影响密封性
对于需要密封的焊缝,气 孔可能导致泄漏,影响结 构的密封性能。
焊缝气孔的常见问题
气孔分布不均:焊缝中气孔分布不均匀,可能在 某些区域集中出现。
焊缝气孔产生原因及 改善措施
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目 录
• 焊缝气孔概述 • 焊缝气孔产生原因 • 改善措施 • 预防措施与持续改进
01
焊缝气孔概述
焊缝气孔的定义
• 焊缝气孔是指在焊接过程中,由于气体未能完全逸出,而在焊 缝内部形成的空洞。气孔可以是单个的,也可以是多个聚集在 一起。
焊缝气孔的危害
操作环境原因
1. 选择低氢含量的焊 接材料,减少氢元素 的溶解。
3. 调整合适的焊接电 流和电压参数,确保 熔池的良好形成和流 动。
2. 严格控制焊丝的存 储和使用条件,避免 锈蚀和污染。
操作环境原因
4. 控制焊接速度在合适范围内,避免过快导致气体无法排除。 5. 控制焊接环境的湿度和风速,确保良好的焊接操作环境。
焊接中产生气孔的主要原因
焊接中产生气孔的主要原因第一篇:焊接中产生气孔的主要原因压力容器焊接中产生气孔的主要原因分析1、产生气孔的主要原因:1)锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体,增加了高温金属中气体的含量;2)母材钢材中含硫量过多;3)焊接速度过快,焊接线能量过小,电弧过长,熔池冷却速度大,不利于气体逸出;4)空气中潮气太大、有风; 5)电弧发生偏吹。
2、产生夹渣的主要原因。
产生夹渣的主要原因有以下方面:1)焊件边缘及焊层之间清理不干净,焊接电流太小。
2)熔化金属凝固速度太快,熔渣来不及浮出。
3)运条不当,熔渣与熔化金属分离不清,阻碍了熔渣上浮。
4)焊件及焊条的化学成分不当。
当熔池内含氧(O2)、氮(N2)、锰(Mn)、硅(Si)等成分多时,形成夹渣的机会也多。
防止措施。
防止夹渣的主要措施有以下方面:1)注意坡口及焊层间的清理,将凸凹不平处铲平,然后施焊。
2)避免焊缝金属冷却过速,选择适当的电流施焊。
3)正确运条,弧长适当,使熔渣能上浮到熔化金属表面,防止熔渣超前于熔化金属(即熔渣到熔池前面)而引起夹渣。
4)选用由于母材化学成分不当而可加以补偿的焊条。
5)严重的夹渣应铲除补焊。
第二篇:中频点焊机焊接表面气孔原因解析中频点焊机焊接表面气孔原因解析在中频点焊机焊接的过程中,有时候会出现焊接表面气孔,这是什么原因呢?快和南京豪精一起来了解下吧。
1、原因分析(1)、焊接过程中因为防风措施不严格,熔池混入气体。
(2)、焊接材料没有经过烘焙或者是烘焙不符合要求,焊丝清理不干净,在焊接的过程中自身产生气体进入熔池。
(3)、熔池温度低,凝固时间短。
(4)、焊件清理不干净,杂质在焊接高温的时候产生了气体进入了熔池。
(5)、电弧过长,氩弧焊的时候保护气体流量过大或者是过小,保护效果不好。
2、预防措施(1)、母材和焊丝要按要求清理干净(2)、焊条要按照要求来烘干(3)、防风措施要严格执行,不能有穿堂风(4)、选择合适的焊接线能量参数,焊接的速度不能过快,电弧不能过长,要正确的掌握起弧、运条和息弧等操作要领。
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当PCB 板在下游进行焊锡时,可能会造成破洞中的基材的湿气在高温中迅速膨胀而产生一定气压,往外将孔中灌入的熔锡吹出。
冷却后孔中之锡柱会出现空洞。
这种会吹气的劣质PTH ,特称为"吹孔"。
无铅波焊中出现的吹孔除与钻孔、PTH 等制程有关外,还与板材、波焊之参数和助焊剂、元件插脚等有较大关联。
本文主要从吹孔不良实例入手分析无铅波峰焊中吹孔成因及研究其改善方案。
关键词:吹孔、无铅波焊一、前言电子产品无铅焊接在全球全面展开以来,诸多焊接问题接踵而至。
有关无铅焊接的各种允收规格,以IPC-A-610“ 电路板组装品质允收度”为最具权威性的国际规范,2005 年2 月全新的610 的D 版将焊接各种允收规格安排在第5 章,其中镀通孔(PTH )插脚波焊焊后发生吹孔(Blow Hole),或SMT 贴焊点呈现见底的针孔(Pinhole)或外表之凹陷者,只要焊点尚能符合其他品质要求,则Class1 可允收。
但Class2 与3 却须视之为“ 制程,警讯”(ProcessIndicator )。
(见D 版5.2.2 )从品管与改善之原则看来,发生制程警讯时,客户方面必须见到改善方案与执行决心后,才能对现品考虑允收,是故“制程警讯”反而成了更为严肃的整体性问题。
吹孔(blow hole )传统上是指完工的PTH 铜壁上,可能有破洞(Void )存在。
当PCB 板在下游进行焊锡时,可能会造成破洞中的基材的湿气在高温中迅速膨胀而产生一定气压,往外将孔中灌入的熔锡吹出。
冷却后孔中之锡柱会出现空洞。
这种会吹气的劣质PTH ,特称为"吹孔"。
无铅波焊中出现的吹孔除与钻孔、PTH 等制程有关外,还与板材、波焊之参数和助焊剂、元件插脚等有较大关联。
可以说无铅波焊中吹孔产生的具体原因呈多样化,复杂化。
二、无铅波焊特性综观整个波峰焊工艺过程,包括助焊剂涂敷系统、预热系统、波峰焊接系统、冷却系统和轨道传输系统。
良好的无铅波焊,其预热段必须使板子底面达到130 ℃,顶面须达到110 ℃左右,这样才能保证焊锡顺利上到孔顶。
无铅波焊的时间温度最高达270℃,预热后的PCB 板从前面的突波与后继的平波总共接触滚烫的熔锡时间一般为4-6 秒。
当待焊接的板子底面进入波峰时,大量的熔锡与夹带的强热瞬时间向上涌入通孔,一边打造介面IMC 完成焊接,一边又把介面IMC 熔入液态焊锡中(如图)。
所以无铅波焊特性犹如夏天的大飓风,一阵狂风暴雨之后又是艳阳高照,板子虽然不会长时间受到高温强热的伤害,但是瞬时的热量对通孔还是有强力的冲击。
高温所带来的另一方面的影响是会形成吹孔。
PCB 板插件孔在焊接过程中会散发气体,这些气体源于PCB 加工过程中吸收的溶剂、水分,电镀层包含的有机物、湿气或者是板材中包含的有机物、组装时残留的助焊剂等等。
图1. 波峰焊示意图三、孔壁粗糙产生吹孔如果孔壁存在孔粗,且孔粗较大,会有水气的藏纳,造成高温波峰时迅速膨胀吹出(OutGassing),而推开尚未固化的熔锡,自板子的焊锡面向外向下喷出,从而形成“吹孔”。
图2. 即为典型的孔粗造成的波焊后吹孔不良实例。
图2.孔壁粗糙导致的吹孔机械钻孔过程中,如为赶产量,设置的钻孔参数不当,在强大的机械切削力下造成孔壁中玻纤和树脂出现较大的分裂和缺口,经过除胶后孔壁上形成过大的凹陷和空隙,在PTH 和电镀后镀铜层无法紧密附着,引发许多微小的破洞(void )而且深藏残液。
后继在波焊时自然不可避免出现吹孔问题。
在评估钻孔孔壁粗糙度的时候,一般都以进刀量(chip load :指钻针每旋转一周所进入板件的深度)作为主要控制指标,所使用的进刀量如果偏大,钻孔后的孔壁难免粗糙。
例如在Spindle 钻速同为10 万转/分(rpm )时,进刀速率(feedrate) 分别采用60Inch/min 和120Inch/min 作比较,前者的进刀量为0.6mil/ 周。
后者为1.2mil/ 周,显然后者孔壁粗糙度远远大于前者。
要改善钻孔粗糙度,还应该充分考虑到无铅板材TG 和硬化树脂体系由Dicy 改为DICY Free 的变化。
图3. 为不同Tg 普通FR4 和DicyFreeFR4 板材对钻针磨损的比较,可以明显看到板材TG 越高相应对钻针的磨损越大,采用DicyFree 做硬化剂的板材对钻针磨损相对更严重。
针对无铅焊接下板材Tg 和硬度的变化,考虑其硬度高、脆性大等特性,对钻针的磨损较大,钻孔条件应做如下调整:降低进刀量到0.6mil/ 周以下,适当减少钻针设定的Hits ,增大钻针的翻磨频率,控制主轴的偏转(Runout )在10um 以内等。
以下是选择TG170DICY Free 板材做调整钻孔条件改善孔粗的对比研究,通过大量的切片分析,测量数据生成正态分布图如下(篇幅所限,仅列其中一种插件孔径Φ1.40mm比较结果):由以上测量结果可知,当钻孔条件调整到特殊参数Rpm:45KrpmFeed:27Ipm Back:400Ipm Hit:500Htis 时,孔粗状况较普通钻孔条件有明显的改善,最大孔粗可以控制在≤0.8mil。
我们将部分按此两种钻孔条件制作的PCB板送某电子厂插件后同时按波峰焊温度255℃,传输速度1.3m/min 过波峰焊,对比其产生吹孔情况(见下表),结果表明普通钻孔条件下有2PCS 发生吹孔,追朔其吹孔原因还是如图2.所示,孔壁粗糙度过大,在过波峰焊时暗藏其中的水气自孔粗处喷出,形成“吹孔”。
而按特殊钻孔参数制作的PCB 因孔壁光滑平整,没有吹孔问题发生。
无铅波焊中吹孔成因研究及改善(二)| 来源:PCB网城| 2010年08月20日| [字体:小大] | 点击推荐给好友关键词:四、孔壁破洞(void)与孔铜太薄造成吹孔如果孔壁铜层有破洞,易藏纳水汽在其中,当过高温波峰焊时,板材中水气迅速膨胀吹出,推开尚未固化的熔锡,从而形成“吹孔”。
若孔壁铜厚偏薄,则孔壁无法为焊锡提供足够的基础,使焊料与孔壁的附着力不够,进而形成空洞,也会造成“吹孔”。
图5. 和图6. 即分别为无铅波焊后因孔破(void) 和孔铜太薄造成的吹孔不良图例。
孔壁破洞(void )的产生与除胶渣及化学铜制程密切相关。
在除胶渣的过程中高锰酸钾的咬蚀量不足,不但无法有效获得蜂窝状的微粗化面,且会造成孔壁微孔洞,内层结合不良,孔壁脱离,吹孔等质量隐患。
对除胶槽来讲,新槽和较高的处理活性也可能会使一些联结程度较低的单功能树脂、双功能树脂和部分的三功能树脂出现过度除胶的现象,导致孔壁玻璃纤维突出,玻璃纤维较难活化且与化学铜的结合力较与树脂之间的更差,沉铜后因镀层在极度不平的基底上沉积,化学铜的应力会成倍的加大,严重的可以明显看到沉铜后孔壁化学铜一片片从孔壁上脱落,造成后续孔内无铜的产生,也可能造成孔内粗糙,玻璃纤维截点,渗铜,内层楔形孔破等状况。
另外除胶的几个槽液之间的协调控制问题也非常重要。
膨松/溶胀不足,可能会造成除胶渣不足;膨松/溶胀过度则会出现溶剂残存到已蓬松的树脂内,在沉铜时也会活化不良沉铜不上,即使沉上铜也可能在后工序出现树脂下陷,孔壁脱离等缺陷。
沉铜后的板件一般要浸硫酸除去表面的残碱和碱性的钝化膜,再直接电镀酸铜。
板子放入稀硫酸缸中时,必须将板分散,左右摇摆3-4 次,将孔内气泡排出,让酸液将孔壁润湿。
因为孔内残存湿气容易造成孔内化学铜的氧化,引发后续的孔内无铜或铜薄,所以沉铜后应该做好出缸时间记录尽快一次铜,不要存留时间过长,一般不允许超过8 小时。
针对孔铜太薄的问题,在电镀时对孔铜厚度方面应加强控制,批量生产前严格执行FA 制度,要求全测FA 板的插件孔孔铜,保证首板孔铜厚度OK 后才能进行批量生产;定期用钳表测量飞巴的电流,确保显示电流与实际电流相符合;适当提高电流密度,将孔内电镀铜厚要求由1.0mil(min) 提高到1.2mil (min) ,即使钻孔品质稍有闪失,其所产生的破洞也可被足够厚的两次电镀铜所补平,进一步消除可能发生的“吹孔”。
五、Dicy Free 板材易产生吹孔由于无铅板材为了提高耐热性减少爆板,其环氧树脂的固化剂已由Dicy (双氰胺)改变为Dicy Free (酚醛),并且加入了微粒状的二氧化硅、氢氧化铝等无机填料,在耐热性提高的同时板材更加脆化。
在一般钻孔参数下钻孔时孔壁上极易产生玻纤与树脂之间的微裂,对后继的孔铜的可靠性产生极大影响。
从图7.可见无铅波焊后DicyFree 板材在孔壁附近的玻纤间存在有明显的裂口(glasscrack)。
图7.Dicy Free 板材脆性大钻孔后玻纤出现微裂,受热冲击后裂纹变得很严重。
图8.Dicy Free 板材玻纤微裂处发生的“吹孔”。
为得到良好的孔壁表面,针对无铅化DICY Free 板材不但要加强高锰酸钾槽液的作业条件,且除胶渣前的膨松处理也要延长反应时间。
但造成的负面效应是孔壁上被钻孔打松或打裂的玻纤和树脂间,极易残留膨松溶剂,进而在后继发生树脂空洞、铜层破洞、灯芯效应等缺陷,在无铅玻焊引发吹孔现象。
(见图9.)不同板料供应商的DICY Free 板材树脂体系和填料比例都有差异,因此在选用DICY Free 板材时,一定要对各种DICY Free 板材本身的性能及PCB 制作条件重新进行评估,找出最佳的加工条件。
同时建议要求板料供应商固定纱源,并使用开纤玻璃纱;做板前将板料高温焗板,消除可能存在的半固化片固化不彻底对钻孔的影响。
另外,目前业界也开始从现有的DICY FR4 做改良,使其耐热性大幅度提升,达到最新的IPC-4010B 对无铅板材的性能指标。
六、插件不正产生的吹孔如果零件脚未插在孔的正中央,靠孔壁较近的一边锡爬升速度会较快,并把孔口封住,使得离孔壁较远的一边的空气来不及排出,受热迅速膨胀吹出,推开尚未固化的熔锡,形成孔内填锡不满、有空洞。
从图10.可以看到插件不正造成吹孔的实例。
根据IPC-2222 标准,当采用波峰焊接工艺时,使用圆形插件脚时孔径同插件脚之差为0.20.7mm,使用矩形插件脚时,孔径同插件脚对角线尺寸之差应为0.2-0.7mm。
小于0.2mm 大于1.0mm在焊接时容易出现问题。
如图11.所示,0.20mm≤D-d≤0.7 及0.20mm≤D-L≤0.7mm。
七、无铅波焊过程中参数、流程控制问题在无铅波焊中,有些PCB 板不存在孔粗、破洞的孔及插件不正也存在针孔及吹孔问题。
分析可能原因有:a 、板子打开包装后在空气环境下放置时间过长,导致PCB 板基材吸潮,孔内吸收的湿气在焊锡过程中受到高热蒸发出来而造成,解决方法是放在烤箱中120℃烤2 小时。